JP3806033B2 - ネジ式ジョイント、雄ネジ部材および雌ネジ部材 - Google Patents

Description

【０００１】
発明の背景
本発明は、それぞれ独立項の前提部に記載した衝撃掘削用のねじ式ジョイント、雄ネジ部材および雌ネジ部材に関する。
【０００２】
従来の技術
従来、例えばスエーデン特許公報４６９，６０２号および米国特許公報４，３３２，５０２を参照に記載されているように、衝撃掘削用削岩機の２部材を締結するネジ式ジョイントには雄ネジと雌ネジが用いられている。この雄ネジを作製するには、鋼素材を大径部を有する形状に成形する。大径部の両端は、ネジ切り工具の少なくとも一部が入る小径のクリアランス面あるいはクリアランス溝に連なり、更に通常は錐台形の自由端に連なる。大径部には通常の方法でネジが設けられている。クリアランス溝および自由端表面の形状に応じて、ネジの入口と出口は鋭利な縁部になっている。これに対応して雌ネジのネジ切り部にも鋭利な縁部が形成されている。ジョイント使用時に、雄ネジと雌ネジの先端で鋭利な縁部同士が相手に損傷を生ずる。従来のネジ式ジョイントには１箇所または２箇所に、軸方向に沿った支持面がある。掘削中にこの公知のネジ式ジョイントに曲げ力がかかると、ネジ式ジョイントにかかる曲げモーメントによってジョイントのネジ部で疲労破断が発生する原因になる。ジョイントの寿命は通常は雄ネジで決まる。
【０００３】
発明の目的
本発明の目的の１つは、上記のタイプで長寿命にしたネジ式ジョイントを提供することである。
本発明のもう１つの目的は、上記のタイプで雄ネジを長寿命にしたネジ式ジョイントを提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、上記のタイプでネジ自体には影響を及ぼさずに大きな曲げモーメントを伝達できるネジ式ジョイントを提供することである。
本発明のさらにもう１つの目的は、上記のタイプでネジ部の荷重を低減する部分を備えたネジ式ジョイントを提供することである。
【０００４】
本発明の目的は、特許請求の範囲に記載の特徴を備えた衝撃掘削用のネジ式ジョイント、雄ネジ部材および雌ネジ部材によって達成される。
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【０００５】
発明の詳述
本発明のネジ式ジョイント１０は、望ましくは、２つのドリルチューブあるいはドリルロッド１０Ａ、１０Ｂから成り、ドリルロッド１０Ａ、１０Ｂは各々、一端に突き出した栓部分（スピゴット）すなわち雄ネジ部分１２および他端にスリーブすなわち雌ネジ部分１３を備えている。栓部分は概略円柱状の外周ネジ１４を備え、スリーブは概略円筒状の内周ネジ１５を備えている。ネジ１４、１５は各々、望ましくは、単一の入口と単一の出口を持つ。図１に示した２つのドリルロッド１０Ａ、１０Ｂを備えた衝撃掘削用のネジ式ジョイントを締結した状態では、雄ネジ部分１２の自由端面１５が雌ネジ部分の自由端面あるいは突合せ面１７の領域に入っている。ほとんどの場合、ロッド同士を回転させながら押し付け合うことにより、ネジ同士を係合させる必要がある。ネジ同士が係合したら、ロッド同士を更に回転させてることにより、ロッドの自由端面１６を雌ネジ部分の底部１８に突き合わせ、かつ／または、突合せ面１７を栓部分１２の内側端部を取り巻く内側肩部１９に突き合わせる。ネジ１４および１５は、従来のように雄ネジと雌ネジとが側面の一部のみで突き合うように設計されている。曲線部位同士あるいはネジ山とネジ底とは接触しない。米国特許公報４，９６８，０６８（この明細書の一部として取り込む）には、本発明を利用できるネジ式ジョイントが示されている。雌ネジ部分１３がドリルロッドの一部分を成している。更に、このドリルロッドは、内部を流体、通常は空気または水が流通する貫通流路２０を備えている。
【０００６】
雄ネジすなわち概略円柱状の外周ネジ１４は、完全形状のネジ部から連なって少なくとも１つの外側ネジ端部２１と少なくとも１つの内側ネジ端部２２とを有する。雌ネジすなわち概略円筒状の内周ネジ１５は、完全形状のネジ部から連なって少なくとも１つの外側ネジ端部２３と少なくとも１つの内側ネジ端部２４とを有する。ネジ端部２１〜２４は各々鋭利な縁部があり、これはネジ切り前に設けたクリアランスすなわち栓部分１２の錘形クリアランス３１、３２とスリーブ１３の円筒状クリアランス３３、３４が設けてあるためである。図３に示したように、この縁部は長手方向断面におけるネジの最小半径Ｒを規定している。
【０００７】
雄ネジ１４と雌ネジ１５は、締め付けたときに雌ネジ１５の両端部あるいは両端部領域２３、２４が雄ネジ１４と接触しないように、両者の長さおよび位置を相互に関係付けてある。ここで「接触しない」とは、ジョイントを締め付けた状態で、両端部２３、２３が雄ネジから間隔をおいていることを言う。この状態は以下のようにして確保される。雄ネジ１４はネジ端部２１、２３間が第１の軸方向長さＬ１であり、雌ネジ１５はネジ端部２３、２４間が第２の軸方向長さＬ２である。長さＬ１は長さＬ２より短い。言い換えると、錐台形クリアランス３１、３２間の距離が、円筒形クリアランス３３、３４間の距離よりも短い。ジョイントを締め付けた状態で、栓部分１２の自由端面１６と雌ネジ１５の内側ネジ端部あるいは端部領域２４との距離Ｌ３は、栓部分の自由端面１６と雄ネジの外側ネジ端部あるいは端部領域２１との距離Ｌ４よりも短い。ジョイントの外側端部についても同じ関係がある。すなわち、ジョイントを締め付けた状態で、栓部分１２の肩部１９と雌ネジ１５の外側ネジ端部あるいは端部領域２３との距離Ｌ５は、栓部分の肩部１９と雄ネジの内側ネジ端部あるいは端部領域２２との距離Ｌ６よりも短い。
【０００８】
栓部分１２の外側端部および内側端部には錐台形の案内面２５、２６があって、雌ネジ１５の個々の側面においてそれぞれ錐台形案内面２７、２８と軸方向に協調して作動する。錐台形案内面の仮想錐頂点は衝撃の方向Ｆを向いており、ジョイント１０の中心線（ＣＬ）と角度αを成している。支持面２５、２８で局部的な焼付きが生じないように、角度αは１〜２０°の範囲とする。協調作動する支持面同士の間隙を雄ネジと雌ネジとの間隙より小さくしてあり、これにより、ネジに半径方向の力がかからないようにしてある。雄ネジ１４の長さＬ１は船部材の長さＬの８０％以下、すなわちＬとＬ１との比率は最大０．８であり、これにより曲げ荷重による危険を低減する。雄ネジ１４の両側のネジ端部領域２１、２２はそれぞれ栓部分の両端１６、１９から距離Ｌ４、Ｌ６に設けてある。
【０００９】
このように本発明においては、衝撃式トップハンマー掘削用ドリル部材を延長するためのネジ式ジョイントに、ネジの両端に軸方向および半径方向の支持面を設けたことにより、ネジにかかる曲げ荷重を低減する。
【００１０】
以上の実施形態においては錘台形のネジを示したが、本発明は全ての衝撃削岩機用ネジ，例えばロープネジに用いることができる。雌ネジ部分あるいは雄ネジ部分はドリルロッドあるいはドリルチューブに設ける代わりに、削岩ドリルビットに設けてもよい。図４に、硬質金属ボタンを備えた衝撃削岩用削岩ドリルビット１０Ｃに本発明のネジ式ジョイントを適用した例を示す。図中、上記と同じ参照番号を用いてある。もちろん、雄ネジ１４は削岩ドリルビットの栓部分に適用してもよい。
【００１１】
本発明の原理は、栓部分アダプタとドリルロッドを締結するネジ式ジョイントに適用することもできるし、緩い延長スリーブを備えた２つのドリルロッド間を締結するネジ式ジョイントに適用することもできる。
他の観点から、特許請求の範囲の範囲内において、本発明を自由に改変することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、同一形状の２つのドリル部材を締結している本発明によるネジ式ジョイントを一部断面で示す図である。
【図２】 図２は、本発明の雄ネジ部材の斜視図である。
【図３】 図３は、本発明の雌ネジ部材の断面斜視図である。
【図４】 図４は、削岩用ドリルビットとドリルとを締結している本発明のネジ式ジョイントの断面図である。

Claims (5)

1. 衝撃掘削用のネジ式ジョイントであって、少なくとも１つの概略円柱状の外周ネジ（１４）と１つの概略円筒状の内周ネジ（１５）を備え、上記外周ネジ（１４）は栓部分（１２）にあって第１のドリルストリング部材（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ）の一体化した一部分を構成し、上記ネジの各々には完全形状のネジ部に連なるネジ端部（２１〜２４）があり、上記ネジの各々（１４、１５）には長手方向断面での最小半径（Ｒ）の端部領域がある、ネジ式ジョイントにおいて、
   上記ネジの各々（１４、１５）の軸方向両端に錐台形案内面（２５〜２８）を備えており、上記栓部分（１２）の外側端部および内側端部には、上記内周ネジ（１５）の軸方向両端にある上記錐台形案内面（２７、２８）と協調して作動する錐台形案内面（２５、２６）があり、上記錐台形案内面（２５〜２８）の仮想錐頂点は衝撃の方向（Ｆ）を向いており且つ上記ネジ式ジョイントの中心線（ＣＬ）と角度（α）を成しており、この角度（α）は１〜２０°の範囲であることを特徴とするネジ式ジョイント。
2. 上記概略円筒状の内周ネジ（１５）と上記概略円柱状の外周ネジ（１４）とは、上記内周ネジ（１５）の両端部領域（２３、２４）が上記外周ネジ（１４）と接触しないように、両者の長さおよび位置を相互に関係付けてある請求項１記載のネジ式ジョイント。
3. 上記概略円柱状の外周ネジ（１４）は第１の軸方向長さ（Ｌ１）を有し、上記概略円筒状の内周ネジ（１５）は第２の軸方向長さ（Ｌ２）を有し、上記第１の軸方向長さ（Ｌ１）は上記第２の軸方向長さ（Ｌ２）より短く、上記栓部分（１２）の内側端部にある肩部（１９）が上記栓部分（１２）の自由端の方を向いた突合せ面を有し、上記内周ネジ（１５）が形成されているスリーブが第２のドリルストリング部材に連なり、上記スリーブは内側突合せ面（１８）を有し、上記栓部分（１２）の自由端面（１６）と上記内周ネジ（１５）の内側端部領域（２４）との距離（Ｌ３）は上記栓部分（１２）の自由端面（１６）と上記外周ネジ（１４）の外側端部領域（２１）との距離（Ｌ４）よりも短く、上記栓部分（１２）の固定端（１９）と上記内周ネジの外側端部領域（２３）との距離（Ｌ５）は上記栓部分の上記固定端と上記外周ネジの内側端部領域（２２）との距離（Ｌ６）よりも短い請求項２記載のネジ式ジョイント。
4. 衝撃掘削用のネジ式ジョイントの一部を構成する雄ネジ部材であって、少なくとも１つの概略円柱状の外周ネジ（１４）を備え、上記外周ネジ（１４）は栓部分（１２）にあって第１のドリルストリング部材（１０Ａ、１０Ｂ）の一体化した一部分を構成し、上記ネジ（１４）には完全形状のネジ部に連なるネジ端部（２１、２２）があり、上記ネジ（１４）には長手方向断面での最小半径（Ｒ）の端部領域があり、上記栓部分（１２）は長さ（Ｌ）を有する、雄ネジ部材において、
   上記ネジ（１４）の軸方向両端に錐台形案内面（２５、２６）を備えており、上記栓部分（１２）の外側端部および内側端部には錐台形案内面（２５、２６）があり、上記錐台形案内面（２５、２６）の仮想錐頂点は衝撃の方向（Ｆ）を向いており且つ上記ネジ式ジョイント（１０）の中心線（ＣＬ）と角度（α）を成しており、この角度（α）は１〜２０°の範囲であることを特徴とする雄ネジ部材。
5. 請求項１記載の衝撃掘削用のネジ式ジョイントの一部を構成する雌ネジ部材であって、少なくとも１つの概略円筒状の内周ネジ（１５）を備え、上記内周ネジ（１５）は端部にあって第１のドリルストリング部材（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の一体化した一部分を構成し、上記ネジには完全形状のネジ部に連なるネジ端部（２３、２４）があり、上記ネジ（１５）には長手方向断面での最小半径（Ｒ）の端部領域がある、雌ネジ部材（１３）において、
   上記ネジ（１５）の軸方向両端に錐台形案内面（２７、２８）を備えており、上記錐台形案内面（２７、２８）の仮想錐頂点は衝撃の方向（Ｆ）を向いており且つ上記ネジ式ジョイント（１０）の中心線（ＣＬ）と角度（α）を成しており、この角度（α）は１〜２０°の範囲であることを特徴とする雌ネジ部材。

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